探究装配式建筑结构设计中的剪力墙结构设计

汤海燕 水 淼 李 睿

（湖南省建筑设计院有限公司 湖南 长沙 410000）

现代化建筑建设中，剪力墙结构的应用不断增加。基于建筑建设质量与安全标准不断提高的背景，通过结构的优化设计，增强建筑的整体性能，避免建筑设施出现开裂问题或者其他问题，确保整个结构的承载力。

1 剪力墙结构设计基本原则

从设计实践来说，若想保障建筑剪力墙结构的性能，要做好以下原则的把控：①楼层层高和层间最大位移比。以地震作用为背景设计，建筑楼层的最大弹性层间位移值的规定以及规范，除了以弯曲变形为把控要点的高层建筑之外，其他类型的建筑计算，按照要求可以不扣除建筑结构弯曲变形，进行扭转变形的计算。高层建筑结构的计算，对于剪力墙结构的设计，多围绕楼层之间的扭转变形以及剪切变形进行计算。其中，对于剪切变形的控制，要根据竖向构件数量来确定，不过竖向构件比较多，则会造成结构扭转变形，因此设计时要合理减小扭转变形。②楼层最小剪力系数。建筑剪力墙结构设计，对于承受地震倾覆力矩值的计算，要按照相关规定，达到规定系数范围的同时，最大程度上减少剪力墙的设置，实现对楼层最小剪力系数的控制。③连梁超限。建筑剪力墙结构设计，对于连梁跨高，通常比值要超过2.5；若没有超过2.5，极易使得墙体弯矩以及剪力值达不到标准。

2 剪力墙结构设计要点

2.1 做好参数标准的把握

首先，计算振型数。通常来说，建筑剪力墙结构设计，应计算较多的振型数，要做好质量系数的把握，保证能够超过最初设定的数值，以此保证建筑结构设计方案的合理性。对于振型数的选择，应结合建筑类型确定，例如高层建筑多超过15。

其次，计算墙体竖向分布筋配筋率。一般来说，配筋率大小多以实际配筋率为主，以此减少整体计算结果的偏差。若未按照实际配筋率开展计算，极易造成受弯钢筋数值变化。

最后，确定最小地震剪力系数。从建筑剪力墙结构设计实践来说，结构计算参数的确定，最小地震剪力系数为核心标准，产生的抗震作用，多被用于衡量抗压性和稳定性。通常来说，低烈度区，较高的房屋建筑物底部，其最小地震剪力系数，通常小于设计要求。

2.2 做好平面结构布置

建筑剪力墙结构设计中，要做好平面结构布置。具体布置时，坚持整体性原则进行把控，并且做到简单且均匀对称。平面结构的布置，若建筑结构的长度和宽度均很大，同时结构不规则，那么要布置适宜的温度伸缩缝，确保结构的合理性。布置剪力墙，按照沿着周围布置的原则操作，实现增强结构整体抗扭转能力的目标，对于结构质量中心，要保证其和结构刚度中心有效重合，当遇到地震情况时，实现减少扭转力给结构造成影响的价值[1]。

2.3 合理布置竖向结构

一般来说，建筑的竖向刚度，多被竖向受力构件多次转换影响。基于此，通过适当增加剪力墙转换层垂直结构的方式，保障剪力墙的稳定性。对于刚度的控制，从控制剪力墙转换层传力模式的角度入手，保证从上到下传力路径相同，以免发生水平方向的多级转换，避免产生多次转换次梁的情况。选择转换梁上层墙体位置以及中间支柱中，设置孔洞，达到增强竖向承重的效果。若想保证多级转换，确保传力方式相同，那么要在转换层主体结构内，设置竖向抗侧力构件，以此确保剪力墙整体结构的性能，使其达到稳定性以及牢固性的要求[2]。

2.4 做好连梁设计

建筑剪力墙结构设计中，连梁的设计，主要是为了控制由于剪力墙水平力作用，造成的墙肢变形，确保建筑剪力墙整体的安全性，所以有着重要的地位。因此在开展建筑剪力墙结构设计时，需要重视连梁的设计把控，保证连梁设计的科学性和合理性。开展建筑剪力墙结构设计时，对于超筋情况，要采取有效的措施加以解决。具体如下：①调整建筑剪力墙连梁弯矩以及剪力塑性。②按照实际情况，来控制连梁界面高度。③若连梁被破坏后，如果剪力墙竖向荷载，没有发生很大的变化，则可以不设置连梁，通过优化墙肢配筋的设置，增强整体的性能[3]。

2.5 做好细节的优化

首先，约束边缘构件。通过实施约束措施，能够实现对剪力墙承载力的高效把控。使用40%以上的约束力，便能够增加剪力墙的承载力；使用20%的约束力，能够实现增强抗震性能的作用。基于此，具体设计时，要合理选择边缘构件。剪力墙边缘构件的设计宜遵循如下原则：若底部加强部位设计的轴压比，其没有达到规范标准，那么要增设构造边缘构件。若超过规范标准，则采取增设约束边缘构件的措施。

其次，进行强度以及性能的优化设计。按照建筑剪力墙结构设计规范进行设计，保证配筋率达标。具体实践中，结合抗震作用，合理控制剪力墙边缘构件的数量，保证建筑整体的性能[4]。

最后，做好延性处理。开展延性设计，要运用均衡布置以及对称设计等方法，增强剪力墙的支撑能力，保证结构的性能。

2.6 合理应用BIM技术

目前来说，装配式建筑逐渐推广，同时BIM技术也成为了推广应用的重点设计设计，逐渐被应用于建筑结构设计。从BIM技术的应用实践来说，在结构设计方面，能够为设计人员提供协同设计的平台，为设计的优化，提供技术支持。为了发挥技术的优势，设计人员要掌握BIM技术的运用方法和要点，提高建筑设计的效率。

3 装配式建筑剪力墙结构设计要点

3.1 荷载的取值

一般来说，装配式建筑的自重，相比现浇结构要大，具体表现为预制非承重墙体密度以及楼板自重。住宅建筑中的非承重墙，多选择多孔砖材料或者加气混凝土砌体，容重范围为8~14kN/m3。同时装配式建筑很多构件为预制，比如围护墙，集成了窗框材料和饰面材料等，同时要达到吊装作业和运输作业等基本要求，因此多设计为配筋混凝土结构，容量选择为25kN/m3。通常来说，住宅建筑开间多设计为3300~4000mm，建筑楼板厚度可以选择其跨度的1/40-1/30，具体为100~120mm。建设的装配式建筑，因为建筑楼板设计为叠合板，按照现行的规程，叠合板预制板的厚度要大于60mm，同时后浇混凝土叠合层厚度要超过60mm。

3.2 剪力墙设计

基于施工便利的前提，预制剪力墙通常为300mm模数，对于预制剪力墙，要做好长度的控制，单片墙重量要小于5t。若为现浇结构，当剪力墙的厚度设计为200mm，那么构造边缘构件的长度可以选择为400mm；如果存在转角墙或者翼墙，那么构造边缘构件的长度可以选择为300mm。设计的装配整体式剪力墙，对于边缘构件的长度，在取值时，要综合分析水平钢筋的直径以及锚固长度。按照图集，预制墙身中使用的水平钢筋材料，应用在现浇段中，设计的直锚长度要超过1.2LaE；若为U形锚，则要超过0.6LaE；若为135°弯钩，那么要超过LaE。举例135°弯钩锚固，按照抗震等级二级设计，若使用的混凝土强度为C35，使用直径大小为12mm的三级钢，那么预制墙身水平钢筋的锚固长度，即LaE为37d+10=454mm。若设置一字墙，如果构造边缘长度依旧选择400mm，那么预制墙体的水平钢筋则会突出。如果设置为翼墙或者转角墙，设计的T形边缘构件以及L形边缘构件直段长度（S）参数为300mm，单边现浇长度参数为500mm，虽然锚固长度可以达到要求，不过考虑施工工序特点，作业时水平钢筋会进入边缘构件的核心区域，增加了作业困难，给安装作业进度造成影响。因此，开展剪力墙拆分时，要做好实际情况的分析，依据配筋来确定边缘构件的长度，保证水平钢筋的直线长度能够达到安装以及锚固作业要求。

4 结束语

综上所述，建筑剪力墙结构设计实践中，要严格按照规范标准，做好设计要点的把控。文中结合具体实践，总结了建筑剪力墙结构设计需要注意的要点，共享给相关人员参考。